JP2015169815A - Actuator device, tactile display and drive method - Google Patents
Actuator device, tactile display and drive method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015169815A JP2015169815A JP2014045071A JP2014045071A JP2015169815A JP 2015169815 A JP2015169815 A JP 2015169815A JP 2014045071 A JP2014045071 A JP 2014045071A JP 2014045071 A JP2014045071 A JP 2014045071A JP 2015169815 A JP2015169815 A JP 2015169815A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- actuator
- driving
- actuator element
- current
- fet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
Abstract
Description
本発明は、アクチュエーター装置の駆動に関する。 The present invention relates to driving of an actuator device.
電流駆動型のアクチュエーター素子として、イオン伝導性高分子アクチュエーター(Ionic Polymer Metal Composite、IPMC。ICPF(Ionic Conducting Polymergel Film)と呼ばれる場合もある)が知られている(例えば特許文献1〜3)。IPMCは、イオン導電性高分子(高分子電解質ゲル)の両面に電極を接合した接合体を含む。この電極間に電圧をかけると、陽イオンが移動し、それに伴い水分子も移動して、片面が膨張、他面が収縮する。すなわち、電圧をかけるとIPMCは屈曲する。IPMCは、柔軟、軽量、無音、小型化が容易等の特徴を有している。特許文献1はIPMCを駆動するために、スイッチング素子としてトランジスターを用いたアクティブマトリクス回路を開示している。
As a current-driven actuator element, an ion conductive polymer actuator (Ionic Polymer Metal Composite, IPMC, sometimes called ICPF (Ionic Conducting Polymer Gel Film)) is known (for example,
特許文献1は、IPMCをC(容量)として用いた、いわゆる1T1C型の画素回路を開示している。1T1C型の画素回路では、IPMCの容量成分に充電した電荷を用いてアクチュエーターを駆動している。しかし、IPMCの容量成分に充電した電荷は、IPMCの抵抗成分を介して放電されてしまい、電荷を保持することができなかった。電荷が放電される前に次の充電(走査)を行うことも考えられるが、走査と走査の間の保持期間を短くすると、それに比例して充電期間も短くなるため、IPMCの容量成分に十分な電荷を充電することができなくなってしまう。すなわち、IPMCの容量成分に充電した電荷の保持と、IPMCに十分に充電することとを両立することは困難であった。また、特許文献1においては、IPMCを駆動する回路を開示しているにすぎなかった。
これに対し本発明は、電流駆動型のアクチュエーター素子の駆動において、このアクチュエーター素子をセンサーとしても用いる技術を提供する。 On the other hand, the present invention provides a technique of using this actuator element as a sensor in driving a current-driven actuator element.
本発明は、供給される電流に応じて変位するアクチュエーター素子と、電源からの電流を前記アクチュエーター素子に供給する駆動素子と、前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給および停止を切り換えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子により前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給が停止されているときに、前記駆動素子を駆動させるための電荷を保持する保持容量と、前記駆動素子および前記アクチュエーター素子の間において、前記アクチュエーター素子の変位を検知するセンサー回路とを有するアクチュエーター装置を提供する。
このアクチュエーター装置によれば、アクチュエーター素子をセンサーとしても用いることができる。
The present invention relates to an actuator element that is displaced in accordance with a supplied current, a drive element that supplies a current from a power source to the actuator element, and a switching element that switches between supply and stop of current from the drive element to the actuator element A holding capacitor for holding electric charge for driving the driving element when supply of current from the driving element to the actuator element is stopped by the switching element, and the driving element and the actuator element. There is provided an actuator device having a sensor circuit for detecting displacement of the actuator element.
According to this actuator device, the actuator element can also be used as a sensor.
前記スイッチング素子は、所定の周期でオン状態に切り換えられ、前記センサー回路は、前記周期を時分割した一部の期間において、前記変位を検知してもよい。
このアクチュエーター装置によれば、アクチュエーターとしての機能とセンサーとしての機能とを駆動の1周期内で併存させることができる。
The switching element may be switched to an on state at a predetermined cycle, and the sensor circuit may detect the displacement in a partial period obtained by time-dividing the cycle.
According to this actuator device, the function as an actuator and the function as a sensor can coexist within one cycle of driving.
このアクチュエーター装置は、前記センサー回路による検知結果に応じて、前記変位を制御する制御部を有してもよい。
このアクチュエーター装置によれば、フィードバック制御をすることができる。
The actuator device may include a control unit that controls the displacement according to a detection result of the sensor circuit.
According to this actuator device, feedback control can be performed.
前記駆動素子が、インバーターを含んでもよい。
このアクチュエーター装置によれば、アクチュエーター素子への充放電をより高速に行うことができる。
The driving element may include an inverter.
According to this actuator device, the actuator element can be charged and discharged at a higher speed.
また、本発明は、前記アクチュエーター素子、前記駆動素子、前記スイッチング素子、前記保持容量、および前記センサー回路を含む単位回路を複数有し、前記複数の単位回路が、第1方向および当該第1方向と垂直な第2方向に沿って配置されていてもよい。
このアクチュエーター装置によれば、より多様な情報を表示することができる。
Further, the present invention includes a plurality of unit circuits including the actuator element, the driving element, the switching element, the holding capacitor, and the sensor circuit, and the plurality of unit circuits include a first direction and the first direction. May be disposed along a second direction perpendicular to the first direction.
According to this actuator device, more various information can be displayed.
さらに、本発明は、供給される電流に応じて変位するアクチュエーター素子と、電源からの電流を前記アクチュエーター素子に供給する駆動素子と、前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給および停止を切り換えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子により前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給が停止されているときに、前記駆動素子を駆動させるための電荷を保持する保持容量と、前記駆動素子および前記アクチュエーター素子の間において、前記アクチュエーター素子の変位を検知するセンサー回路とを有する触覚ディスプレイを提供する。
この触覚ディスプレイによれば、アクチュエーター素子をセンサーとしても用いることができる。
Furthermore, the present invention switches an actuator element that is displaced according to a supplied current, a drive element that supplies a current from a power source to the actuator element, and a supply and stop of current from the drive element to the actuator element. A switching element, a holding capacitor that holds electric charge for driving the driving element when supply of current from the driving element to the actuator element is stopped by the switching element, and the driving element and the actuator A tactile display having a sensor circuit for detecting a displacement of the actuator element between the elements is provided.
According to this tactile display, the actuator element can also be used as a sensor.
さらに、本発明は、アクチュエーター素子が、供給される電流に応じて変位するステップと、駆動素子が、電源からの電流を前記アクチュエーター素子に供給するステップと、スイッチング素子が、前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給および停止を切り換えるステップと、保持容量が、前記スイッチング素子により前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給が停止されているときに、前記駆動素子を駆動させるための電荷を保持するステップと、前記駆動素子および前記アクチュエーター素子の間に設けられたセンサー回路が、前記アクチュエーター素子の変位を検知するステップとを有するアクチュエーター装置の駆動方法を提供する。
この駆動方法によれば、アクチュエーター素子をセンサーとしても用いることができる。
Furthermore, the present invention includes a step in which the actuator element is displaced according to a supplied current, a step in which the driving element supplies a current from a power source to the actuator element, and a switching element from the driving element to the actuator. A step of switching between supply and stop of current to the element, and a storage capacitor, the charge for driving the drive element when supply of current from the drive element to the actuator element is stopped by the switching element And a step of detecting a displacement of the actuator element by a sensor circuit provided between the driving element and the actuator element.
According to this driving method, the actuator element can also be used as a sensor.
1.構成
図1は、一実施形態に係るアクチュエーター装置1の構成を示す図である。アクチュエーター装置1は、例えば触覚ディスプレイとして用いられる。触覚ディスプレイとは、触覚を介した情報の伝達をするための装置をいい、より具体的には例えば点字ディスプレイである。本稿で、「ディスプレイ」および「表示」という語は、情報を視覚的に伝達することに限られず、触覚を介して伝達する意味をも含む。アクチュエーター装置1は、表示部10と、駆動回路20とを有する。
1. Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an
表示部10は、情報を表示する。表示部10は、m本の走査線11と、n本のデータ線12と、複数(m×n個)の画素13(単位回路の一例)とを有する。走査線11はX方向(第1方向の一例)に沿って、データ線12はY方向(第2方向の一例)に沿って設けられている。画素13は、走査線11とデータ線12との交差に対応する位置に設けられている。すなわちこの例で、画素13は、行方向および列方向に沿ってマトリクス状に配置されている。画素13は、制御信号に応じて変位するアクチュエーター素子(詳細は後述)を有する。このアクチュエーター素子の変位によりユーザーの触覚を刺激し、情報の伝達を行う。
The display unit 10 displays information. The display unit 10 includes
図2は、表示部10の断面構造を例示する図である。図2は、1画素分に相当する構造を示している。表示部10は、アクチュエーター素子101と、スペーサー102と、刺激部材103と、フレーム104と、保護膜105とを有する。図2(A)はアクチュエーター素子101が変位していない状態(基準状態)を、図2(B)はアクチュエーター素子101が変位した状態を、それぞれ示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the display unit 10. FIG. 2 shows a structure corresponding to one pixel. The display unit 10 includes an
アクチュエーター素子101は、電流駆動型のアクチュエーター、この例では、イオン伝導性高分子(Ionic Polymer Metal Composite、IPMC)アクチュエーターである。アクチュエーター素子101は、図中表面側(上側)および裏面側(下側)にそれぞれ電極を有している(いずれも図示略)。これらの電極間に電圧を印加すると、高分子電解質内の陽イオンが陰極側に移動し、表面と裏面とで膨潤に差が生じて変位する(図2(B))。
The
図3は、IPMCアクチュエーターの原理を説明する図である。IPMCアクチュエーターは、イオン交換膜501と、電極502と、電極503とを有する。イオン交換膜501としては、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜のいずれを用いてもよい。陽イオン交換膜としては、例えば、スルホン基またはカルボキシル基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜、またはポリスチレンスルホン酸膜が用いられる。電極としては、例えば、白金、イリジウム、パラジウム、およびルテニウム等の貴金属、導電性高分子、または黒鉛等が用いられる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the IPMC actuator. The IPMC actuator includes an
IPMCアクチュエーターを動作させる際には、イオン交換膜501が含水状態である必要がある。電極502(陽極)および電極503(陰極)間に電圧を印加すると、陽イオンが陰極側に移動する。このとき、陽イオンの移動に伴って水分子もイオン交換膜501内を陰極側に移動する。水分子の移動に伴って陽極側と陰極側とで水分量に差が生じる。このとき、水分量の多い部分(陰極側)は膨張し、水分量の少ない部分(陽極側)は収縮する。すなわち、イオン交換膜501は、陽極側に屈曲する。
When operating the IPMC actuator, the
ここで、IPMCアクチュエーターの屈曲は、イオンの移動すなわち電流によって起こっている。これが「電流駆動型」の所以である。なお、電圧を印加していてもイオンの移動が止まってしまう(電流が流れなくなる)と、水分子の拡散により水分量の差は時間とともに緩和されてしまう。すなわち、イオン交換膜501の屈曲は元に戻ってしまう。
Here, bending of the IPMC actuator is caused by ion movement, that is, current. This is the reason for the “current drive type”. Note that if the movement of ions stops even when a voltage is applied (the current stops flowing), the difference in water content is relaxed with time due to the diffusion of water molecules. That is, the bending of the
再び図2を参照する。アクチュエーター素子101が変位すると刺激部材103が突出し、ユーザーの触覚に刺激を与える。刺激部材103はユーザーに刺激を伝えるための部材であり、ユーザーに刺激を伝えるための形状を有している。この例では半球形状であるが、錐形や針形の形状であってもよい。刺激部材103は、樹脂等の材料(例えばポリアセタール(POM))によって形成される。
Refer to FIG. 2 again. When the
フレーム104は表示部10に構造的な強度を与えるための部材であり、要求される強度を有する材料(例えばポリエチレンテレフタレート(PET))によって形成される。フレーム104は、刺激部材103に相当する位置に開口部を有している。スペーサー102は、フレーム104とアクチュエーター素子101との間隔を調整するための部材である。保護膜105は、表示部10の表面を保護するための部材である。刺激部材103が突出する際には刺激部材103の突出に伴って伸張することが要求される。保護膜105は、例えば、フッ素コートされたシリコンゴムによって形成される)。
The
図示は省略したが、アクチュエーター素子101の下部には画素回路層が設けられている。画素回路層は、基板、半導体層、電極層、絶縁層、および配線層を含む。画素回路層は、例えば、Si系の無機半導体層を用いて形成される。あるいは、画素回路層は、有機半導体層を用いて形成されてもよい。
Although not shown, a pixel circuit layer is provided below the
アクチュエーター素子101は、センサー素子としても機能することができる。すなわち、アクチュエーター素子101を変位させると、変位に応じた電圧または電流の出力を得ることができる。
The
図4は、画素13の等価回路を示す図である。画素13は、スイッチング素子14と、駆動素子15と、保持容量16と、センサー回路17と、アクチュエーター素子101とを含む。スイッチング素子14は、制御信号Vsに応じてオン状態(低インピーダンス状態)およびオフ状態(高インピーダンス状態)が切り換わる。スイッチング素子14がオン状態である場合、入力と出力は同電位となり、データ電圧Vdが後段に出力される。オフ状態である場合、スイッチング素子14の出力はフローティングとなる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the
駆動素子15は、駆動のための電流をアクチュエーター素子101に供給する。駆動素子15は、導電率が入力信号に応じて変化する素子である。駆動素子15は電源Vsupに接続されており、導電率に応じた電流をアクチュエーター素子101に出力する。なお、駆動素子15からアクチュエーター素子101に供給される電流の電流密度は、例えば10〜100mA/cm2である。
The
なお、スイッチング素子14がオン状態である場合、保持容量16にデータ電圧Vdが書き込まれる。したがって、スイッチング素子14がオフ状態になってもアクチュエーター素子101に電流が供給される。なお、アクチュエーター素子101における放電は、アクチュエーター素子101の抵抗成分による放電を用いる。
Note that when the switching
センサー回路17は、アクチュエーター素子101の変位に応じた信号を取り出すための回路である。センサー回路17は、駆動素子15とアクチュエーター素子101との間に設けられている。
The
図5は、画素13の具体的な回路例を示す図である。この例で、スイッチング素子14および駆動素子15としていずれもnチャネル型のFET(Field Effect Transistor、電界効果トランジスター。構造としては薄膜であり、TFT(Thin Film Transistor)ともいう)が用いられている。スイッチング素子14の制御端子(ゲート)、入力端子(ソース)、および出力端子(ドレイン)はそれぞれ、走査線11、データ線12、および駆動素子15の制御端子(ゲート)に接続されている。スイッチング素子14の制御信号は正論理であり、走査線11にハイレベルの電圧が印加されるとオン状態となり、ローレベルの電圧が印加されるとオフ状態となる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a specific circuit example of the
駆動素子15についても、入力信号は正論理である。すなわち、スイッチング素子14がオン状態のときのデータ線12の電圧値が高くなるほど駆動素子15導電率は高くなり(インピーダンスが低くなる)、電圧値が低くなるほど導電率は低くなる(インピーダンスは高くなる)。このように、アクチュエーター素子101に供給される電流は、データ線12の信号電圧に応じて決まっている。
Also for the driving
センサー回路17は、FET171およびFET172を有する。FET171はnチャネル型のFETであり、FET172はpチャネル型のFETである。FET171およびFET172のゲートには、ともに制御信号Gが入力される。制御信号Gは、アクチュエーター素子101のアクチュエーターとしての動作とセンサーとしての動作を切り換える信号である。制御信号Gがハイレベルである場合、FET171がオン状態となり、FET172がオフ状態となる。アクチュエーター素子101には、駆動素子15から信号が供給される。制御信号Gがローレベルである場合、FET171がオフ状態となり、FET172がオン状態となる。アクチュエーター素子101は、変位に応じた信号を検知信号Soutとして出力する。すなわち、制御信号Gがハイレベルである場合、アクチュエーター素子101はアクチュエーターとして機能する。制御信号Gがローレベルである場合、アクチュエーター素子101はセンサーとして機能する。
The
再び図1を参照する。駆動回路20は、表示部10に制御信号およびデータ信号を供給する。駆動回路20は、走査線駆動回路21と、データ線駆動回路22と、制御回路23とを有する。
Refer to FIG. 1 again. The drive circuit 20 supplies a control signal and a data signal to the display unit 10. The drive circuit 20 includes a scanning line drive circuit 21, a data
走査線駆動回路21は、m本の走査線11の中からデータ信号を印加する行を選択するための走査信号Yを出力する。走査信号Yは、例えば、順次排他的にハイレベルとなる信号である。データ線駆動回路22は、データ信号Xを出力する。データ信号Xは、駆動素子15の導電率を決定する電圧値を有する(換言するとアクチュエーター素子101の変位量を決定する)信号である。データ線駆動回路22は、データ信号Xを出力する。データ信号Xは、走査信号Yにより選択されている行の画素13に対応するデータ電圧を有する信号である。走査線駆動回路21およびデータ線駆動回路22は、制御回路23により制御される。
The scanning line driving circuit 21 outputs a scanning signal Y for selecting a row to which a data signal is applied from the m scanning lines 11. The scanning signal Y is, for example, a signal that sequentially becomes a high level exclusively. The data line driving
制御回路23は、図示を省略したホスト装置(例えば、CPUおよびメモリーを有するコンピューター装置)から出力される命令に従って、走査線駆動回路21およびデータ線駆動回路22を制御する。制御回路23は、各画素13に書き込まれる1画面分のデータを記憶するVRAM(Video RAM)を有する(図示略)。ホスト装置は表示させたい情報(例えば点字)を示すデータをVRAMに書き込み、制御回路23に対し情報の表示を命令する。制御回路23は、走査線駆動回路21に走査線11の走査を開始させる。さらに、制御回路23は、VRAMに記憶されているデータを、走査線11の走査と同期して書き込むように、データ線駆動回路22を制御する。
The
また、制御回路23は、検知信号Soutに応じた処理を行う。検知信号Soutに応じた処理は、例えば、検知信号Soutの増幅、記憶、後段の回路(装置)への出力である。
In addition, the
2.動作
図6は、一実施形態に係るアクチュエーター装置1の動作を示すタイミングチャートである。ここでは説明のため、スタート信号Ps、走査信号Y、およびデータ信号Xを示している。また、アクチュエーター素子101をセンサーとして用いる動作は別途説明するので、ここではアクチュエーターとしての動作のみを示している。なお上から数えてj番目の走査線を走査線11(j)といい、走査線11(j)に供給される走査信号を走査信号Y(j)という。同様に、左から数えてi番目のデータ線をデータ線12(i)といい、データ線12(i)に供給されるデータ信号をデータ信号X(i)という。制御回路23から供給されるスタート信号Psがハイレベルになると、走査線駆動回路21は、走査線11の走査を開始する。すなわち、走査線駆動回路21は、m本の走査線11に順次排他的にハイレベルとなる走査信号Yを供給する。データ線駆動回路22は、走査線11の走査と同期して、選択されている行の対応するデータ信号を供給する。走査線11の走査は周期的に行ってもよい。
2. Operation FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the
なお、アクチュエーター素子101の駆動方法には、デジタル駆動とアナログ駆動とがある。デジタル駆動とは、アクチュエーター素子に印加される電圧が変位量(データ)によらずに一定であり、電圧の印加時間により変位量を制御する方法である。アナログ駆動とは、アクチュエーター素子に印加される電圧を変位量(データ)に応じて変化させる(電圧の印加時間は一定)ことにより変位量を制御する方法である。
The driving method of the
このアクチュエーター装置1によれば、走査線11の走査が完了してスイッチング素子14がオフ状態になった後も、保持容量16によってデータ電圧が保持され、駆動素子15から電流が供給される。アクチュエーター素子を容量として用いないので、アクチュエーター素子に十分な電荷を供給する。したがって、保持容量16を有さない場合と比較してアクチュエーター素子101の表示状態をより長時間、保持することができる。
According to the
図7は、アクチュエーター素子101のセンサーとしての動作を説明する図である。アクチュエーター素子101においては、アクチュエーターとしての動作とセンサーとしての動作が時分割で切り換えられる。なおここではデジタル駆動の例を示している。また、説明を簡単にするため、1画素分の動作のみを示している。この例では、アクチュエーター素子101には、周期的にデータが書き込まれる。すなわち、走査線11の走査は周期的に行われる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the
この例では、1周期は、駆動期間およびセンシング期間に区分される。駆動期間は、アクチュエーター素子101をアクチュエーターとして機能させるための期間であり、一定の時間長を有している。走査信号Yは、駆動期間の間はハイレベルとなり、センシング期間の間はローレベルとなる。データ信号Xは、電圧レベルはハイレベルまたはローレベルの2値のいずれかを示し、データ(変位量)に応じた時間長、ハイレベルとなる。例えば、データが変位量ゼロを示している場合、駆動期間のすべてにおいて電圧レベルはローレベルである。一方、データが最大変位量を示している場合、駆動期間のすべてにおいて電圧レベルはハイレベルである。図7の例では、第1周期の方が第2周期よりも変位量が大きく、データ信号Xがハイレベルになっている期間が長い。
In this example, one period is divided into a driving period and a sensing period. The drive period is a period for causing the
制御信号Gは、駆動期間の間はハイレベルとなり、センシング期間の間はローレベルとなる。図7には、図5の回路における駆動素子15とセンサー回路17との間の点Aの電位と、センサー回路17とアクチュエーター素子101との間の点Bの電位が併せて記載されている。点Aの電位は、走査信号Yとデータ信号Xがともにハイレベルである期間においてハイレベルとなり、いずれかがローレベルである期間においてローレベルになる。また、点Aの電位は、制御信号Gがローレベルである期間においてはフローティングである(図中ハッチングで示している)。点Bの電位は、駆動期間においては点Aの電位と同様であるが、センシング期間においてはアクチュエーター素子101の変位に応じた電位となる。検知信号Soutは、駆動期間においてはフローティングであるが、センシング期間においてはアクチュエーター素子101の変位に応じた電位となる。
The control signal G is at a high level during the driving period and is at a low level during the sensing period. FIG. 7 also shows the potential at the point A between the driving
このように、本実施形態によれば、データに応じてアクチュエーター素子101の変位を制御しつつ、アクチュエーター素子101の変位状態を検知することができる。検知信号Soutの用途としては種々のものが考えられるが、例えば、アクチュエーター装置1を点字ディスプレイとして用いた場合に、点字が触られたこと、すなわち点字が読み取られたことを検知することができる。あるいは、検知信号Soutを用いてフィードバック制御をすることもできる。すなわち、例えば制御回路23が、検知信号Soutが示す変位とデータ信号Xが示す変位とを比較し、両者が異なっていれば、変位がデータどおりになるように、データ信号Xを補正してもよい。
Thus, according to the present embodiment, the displacement state of the
3.変形例
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち2つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。
3. Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. Hereinafter, some modifications will be described. Two or more of the following modifications may be used in combination.
3−1.変形例1
アクチュエーター素子101は、IPMCアクチュエーターに限定されない。イオンゲルアクチュエーター、バッキーゲルアクチュエーター、および導電性高分子アクチュエーター等、IPCMアクチュエーター以外のアクチュエーターが用いられてもよい。なおイオンゲルとは、イオン液体を高分子網目構造の中に閉じ込めた高分子電解質膜をいう。バッキーゲルとは、単層カーボンナノチューブとイオン液体とをゲル化したものをいう。いずれも、ゲル膜の両面に電極を付けて電圧を印加するとゲル膜が正極側に変位する。なお、導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、またはポリチオフェンが用いられる。
3-1.
3−2.変形例2
図8は、スイッチング素子14の別の例を示す図である。実施形態で説明したnチャネル型FETについては、制御信号(走査信号)は正論理となり、半導体層にSi系の材料を用いる場合に好適である。図8(A)は、pチャネル型FETを示している。この場合、制御信号(走査信号)は負論理となる。pチャネル型FETは、半導体層に有機系の材料を用いる場合に好適である。図8(B)は、トランスファーゲートを示している。制御信号として差動信号を用いる必要があるが、トランスファーゲートは、データ電圧Vdがハイレベルでもローレベルでも伝送しやすいという特徴を有している。
3-2.
FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the switching
3−3.変形例3
図9は、駆動素子15の別の例を示す図である。実施形態で説明したnチャネル型FETについては、制御信号(データ信号)は正論理となり、半導体層にSi系の材料を用いる場合に好適である。図9は、pチャネル型FETを用いた例を示している。この場合、制御信号(データ信号)は負論理となる。pチャネル型FETは、半導体層に有機系の材料を用いる場合に好適である。なお、図8および以降の図においては、電源電圧を一般化してVssおよびVddと記載している。図5の例では、Vssは接地電位(GND)であり、VddはVsupである。
3-3.
FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the driving
3−4.変形例4
図10は、駆動素子15のさらに別の例として、インバーターを用いた例である。インバーターの具体的回路としては種々のものを用いることができるが、ここでは、いわゆるCMOSインバーター、すなわちnチャネル型FETおよびpチャネル型FETを用いた例を示している。図5の回路例においては、データ信号は駆動素子15のゲートに入力されている。すなわち、データ信号はオン/オフを制御する制御信号として用いられており、駆動素子15がオン状態のときにアクチュエーター素子101に印加される電圧は、常に電源電圧Vsupである。したがって、アクチュエーター素子101の変位を緩和する(基準状態に戻す)には、アクチュエーター素子101における自然放電を待つしかなかった。これに対し、インバーターを用いれば、アクチュエーター素子101に印加される電圧をデータ電圧Vdに応じて変えることができる。例えば、Vss=GND、Vdd=Vsupとすれば、アクチュエーター素子101に印加される電圧をゼロからVsupの範囲で変化させることができる。すなわち、アクチュエーター素子101を強制的に放電(ゼロV印加)させ、アクチュエーター素子101の変位を素早く緩和することができる。
3-4.
FIG. 10 shows an example in which an inverter is used as yet another example of the
3−5.変形例5
図11は、インバーターの別の例を示す図である。図11(A)および(B)はn型インバーターを示している。図11(A)のインバーターは、FET151およびFET152を有する。FET151およびFET152はいずれもnチャネル型FETであり、直列に接続されている。FET151のゲートには制御信号Ctrlが入力される。制御端子Ctrlには、FET151をオン状態にする信号が入力される。FET152のゲートにはデータ信号が入力される。CMOSインバーターでは1枚の基板上にnチャネル型FETおよびpチャネル型FETを作製する必要があったが、図11(A)では、nチャネル型FETのみを用いてインバーターを作製することができる。
3-5. Modification 5
FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the inverter. FIGS. 11A and 11B show an n-type inverter. The inverter in FIG. 11A includes an
図11(B)のインバーターは、FET151およびFET152を有する。この例で、FET151はデプレッション型、FET152はエンハンスメント型のFETである。FET151のゲートはソースと接続されている。図11(B)では、制御信号を用いずに動作するn型インバーターを作製することができる。
The inverter in FIG. 11B includes an
図11(C)および(D)は、p型インバーターを示している。図11(C)のインバーターは、FET153およびFET154を有する。FET153およびFET156はいずれもpチャネル型FETであり、直列に接続されている。FET154のゲートには制御信号Ctrlが入力される。制御端子Ctrlには、FET154をオン状態にする信号が入力される。FET153のゲートにはデータ信号が入力される。図11(C)では、pチャネル型FETのみを用いてインバーターを作製することができる。
FIGS. 11C and 11D show a p-type inverter. The inverter in FIG. 11C includes an
図11(D)のインバーターは、FET153およびFET154を有する。この例で、FET154はデプレッション型、FET153はエンハンスメント型のFETである。FET154のゲートはドレインと接続されている。図11(B)では、制御信号を用いずに動作するp型インバーターを作製することができる。
The inverter in FIG. 11D includes an
3−6.変形例6
図12は、インバーターのさらに別の例を示す図である。図12は、いわゆる擬CMOSインバーターを示している。図12(A)および(B)は、n型擬COMSインバーターを示している。図12(A)および(B)のインバーターは、FET1501〜1504の4つのFETを有する。これらはいずれもnチャネル型FETである。これら4つのFETは、ゲートしきい値電圧が同じものを用いることができる(デプレッション型とエンハンスメント型を共存させなくてもよい)。
3-6. Modification 6
FIG. 12 is a diagram illustrating still another example of the inverter. FIG. 12 shows a so-called pseudo-CMOS inverter. 12 (A) and 12 (B) show an n-type pseudo-COMS inverter. The inverters in FIGS. 12A and 12B have four FETs,
図12(C)および(D)は、p型擬COMSインバーターを示している。図12(C)および(D)のインバーターは、FET1505〜1508の4つのFETを有する。これらはいずれもnチャネル型FETである。これら4つのFETは、ゲートしきい値電圧が同じものを用いることができる(デプレッション型とエンハンスメント型を共存させなくてもよい)。
12C and 12D show a p-type pseudo-COMS inverter. The inverters of FIGS. 12C and 12D have four FETs,
3−7.変形例7
図13は、画素13の別の回路例を示す図である。この例で、駆動素子15は、データ信号に応じて出力電圧をVsupおよびGNDのいずれかに切り換える。駆動素子15は、インバーター155と、FET156と、FET157とを有する。FET156のゲートにはデータ信号の反転信号が、FET156のゲートにはデータ信号が、それぞれ供給される。FET156およびFET157としてnチャネル型のFETを用いた場合においてアクチュエーター素子101に供給される電圧は、データ電圧がハイレベルであるときはVsupであり、データ電圧がローレベルであるときはゼロVである。
3-7. Modification 7
FIG. 13 is a diagram illustrating another circuit example of the
3−8.変形例8
図14は、画素13のさらに別の回路例を示す図である。この回路は、図13の回路の変形である。図13の回路と比較すると、この回路は、駆動素子15はインバーター155を有していない。さらに、画素13は保持容量16を有していない。また、スイッチング素子14は、FET141およびFET142を有する。さらに、データ線12に加え、データ線19が設けられている。データ線12およびデータ線19には相補的な信号が供給される。すなわち、データ線19には、データ線12のデータ信号Xの反転信号が供給される。FET156およびFET157としてnチャネル型のFETを用いた場合においてアクチュエーター素子101に供給される電圧は、データ電圧がハイレベルであるときはVsupであり、データ電圧がローレベルであるときはゼロVである。
3-8. Modification 8
FIG. 14 is a diagram illustrating still another circuit example of the
図14の回路を図13の回路と比較すると、FETが1個削減され、データ線が1本追加されている。したがって、FETの面積の方がデータ線の面積より大きい場合には、図13の回路よりも画素13の面積を低減することができる。あるいは、FETの歩留まりの方がデータ線の歩留まりよりも低い場合には、画素13としての歩留まりを図13の回路よりも向上させることができる。
When the circuit of FIG. 14 is compared with the circuit of FIG. 13, one FET is reduced and one data line is added. Therefore, when the area of the FET is larger than the area of the data line, the area of the
3−9.変形例9
図15は、変形例8に係る表示部10の断面構造を示す図である。表示部10の断面構造は、図2で例示したものに限定されない。図2の例で、アクチュエーター素子101の電極は、表示面と平行な方向を向いている(図15(A))。すなわち、アクチュエーター素子101の変位の向きは、表示面とほぼ垂直な方向である。しかし、図13の例で、アクチュエーター素子101の電極は、表示面と垂直な方向を向いている。すなわち、アクチュエーター素子101の変位の向きは、表示面とほぼ平行な方向である。この例では、アクチュエーター素子101の変位の方向は、アクチュエーター素子101に印加される電圧の極性(アクチュエーター素子101に供給される電流の向き)によって決まっている。例えば、アクチュエーター素子101への印加電圧が正極性の場合はアクチュエーター素子101は右向きに変位し(図15(B))、負極性の場合はアクチュエーター素子101は左向きに変位する(図15(C))。この場合、例えば高電圧用の電源および低電圧用の電源の2つの電源が切り換えて用いられる。このような構造の表示部を用いれば、より多様な情報、例えば布のような手触りの感触を伝達することができる。
3-9. Modification 9
FIG. 15 is a diagram showing a cross-sectional structure of the display unit 10 according to Modification 8. As shown in FIG. The cross-sectional structure of the display unit 10 is not limited to that illustrated in FIG. In the example of FIG. 2, the electrode of the
3−10.他の変形例
センサー回路17の詳細は実施形態で例示したものに限定されない。アクチュエーター素子101から変位に応じた信号を取り出せるものであれば、どのような回路構成を有していてもよい。アクチュエーター素子101から取り出す信号は電圧信号に限られず、電流信号であってもよい。
3-10. Other Modifications The details of the
アクチュエーター装置1の形状はどのようなものであってもよい。例えば、アクチュエーター装置1は、指先に巻きつける形状のものであってもよい。この場合、アクチュエーター装置1の表示領域(画素13が存在する領域)の大きさは、20〜30mm四方程度である。この場合において、表示部10と駆動回路20とは別体として形成され、ケーブルで接続されてもよい。あるいは、アクチュエーター装置1は、表示領域の面積がより広く、机や台の上に置いて使用するものであってもよい。
The
アクチュエーター装置1は、点字ディスプレイとして用いられるものに限定されない。触覚を介して情報を伝達するものであれば、点字ディスプレイ以外の用途に用いられてもよい。また、アクチュエーター装置1は、例えばタッチスクリーンを有する情報処理装置において、キーボードのユーザーインターフェース画面が表示されているときに、画面上の各キーに対応する位置を突出させるために用いられてもよい。
The
また、アクチュエーター装置1は、ドットマトリクス型の表示装置に限定されない。アクチュエーター装置1は、セグメント方式の表示装置であってもよい。
The
1…アクチュエーター装置、10…表示部、11…走査線、12…データ線、13…画素、14…スイッチング素子、15…駆動素子、16…保持容量、17…センサー回路、20…駆動回路、21…走査線駆動回路、22…データ線駆動回路、23…制御回路、101…アクチュエーター素子、102…スペーサー、103…刺激部材、104…フレーム、105…保護膜、151…インバーター、152…FET、153…FET、154…インバーター、155…インバーター、171…FET、172…FET、1501〜1512…FET
DESCRIPTION OF
Claims (7)
電源からの電流を前記アクチュエーター素子に供給する駆動素子と、
前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給および停止を切り換えるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子により前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給が停止されているときに、前記駆動素子を駆動させるための電荷を保持する保持容量と
前記駆動素子および前記アクチュエーター素子の間において、前記アクチュエーター素子の変位を検知するセンサー回路と、
を有するアクチュエーター装置。 An actuator element that displaces according to the supplied current;
A driving element for supplying a current from a power source to the actuator element;
A switching element that switches between supply and stop of current from the drive element to the actuator element;
When supply of current from the drive element to the actuator element is stopped by the switching element, between a holding capacitor that holds electric charge for driving the drive element and the drive element and the actuator element, A sensor circuit for detecting displacement of the actuator element;
Actuator device.
前記センサー回路は、前記周期を時分割した一部の期間において、前記変位を検知する
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエーター装置。 The switching element is switched on in a predetermined cycle,
The actuator device according to claim 1, wherein the sensor circuit detects the displacement in a part of the period obtained by time-division.
を有する請求項1または2に記載のアクチュエーター装置。 The actuator device according to claim 1, further comprising: a control unit that controls the displacement according to a detection result by the sensor circuit.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のアクチュエーター装置。 The actuator device according to any one of claims 1 to 3, wherein the driving element includes an inverter.
前記複数の単位回路が、第1方向および当該第1方向と垂直な第2方向に沿って配置されている
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のアクチュエーター装置。 A plurality of unit circuits including the actuator element, the driving element, the switching element, the holding capacitor, and the sensor circuit;
5. The actuator device according to claim 1, wherein the plurality of unit circuits are arranged along a first direction and a second direction perpendicular to the first direction.
電源からの電流を前記アクチュエーター素子に供給する駆動素子と、
前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給および停止を切り換えるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子により前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給が停止されているときに、前記駆動素子を駆動させるための電荷を保持する保持容量と、
前記駆動素子および前記アクチュエーター素子の間において、前記アクチュエーター素子の変位を検知するセンサー回路と
を有する触覚ディスプレイ。 An actuator element that displaces according to the supplied current;
A driving element for supplying a current from a power source to the actuator element;
A switching element that switches between supply and stop of current from the drive element to the actuator element;
A holding capacitor for holding a charge for driving the driving element when the switching element stops supplying current from the driving element to the actuator element;
A tactile display comprising: a sensor circuit that detects displacement of the actuator element between the driving element and the actuator element.
駆動素子が、電源からの電流を前記アクチュエーター素子に供給するステップと、
スイッチング素子が、前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給および停止を切り換えるステップと、
保持容量が、前記スイッチング素子により前記駆動素子から前記アクチュエーター素子への電流の供給が停止されているときに、前記駆動素子を駆動させるための電荷を保持するステップと、
前記駆動素子および前記アクチュエーター素子の間に設けられたセンサー回路が、前記アクチュエーター素子の変位を検知するステップと
を有するアクチュエーター装置の駆動方法。 The actuator element is displaced in response to the supplied current;
A driving element supplying a current from a power source to the actuator element;
A switching element switching between supply and stop of current from the drive element to the actuator element;
Holding a charge for driving the driving element when a supply of current from the driving element to the actuator element is stopped by the switching element;
A method for driving an actuator device, comprising: a sensor circuit provided between the drive element and the actuator element detecting a displacement of the actuator element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014045071A JP2015169815A (en) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | Actuator device, tactile display and drive method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014045071A JP2015169815A (en) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | Actuator device, tactile display and drive method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015169815A true JP2015169815A (en) | 2015-09-28 |
Family
ID=54202591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014045071A Pending JP2015169815A (en) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | Actuator device, tactile display and drive method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015169815A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020195694A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社Screenホールディングス | Amplifier circuit |
-
2014
- 2014-03-07 JP JP2014045071A patent/JP2015169815A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020195694A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社Screenホールディングス | Amplifier circuit |
JPWO2020195694A1 (en) * | 2019-03-28 | 2021-11-18 | 株式会社Screenホールディングス | Amplifier circuit |
JP7148102B2 (en) | 2019-03-28 | 2022-10-05 | 株式会社Screenホールディングス | amplifier circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112748600B (en) | Writing device and method for locally erasing liquid crystal | |
US11132951B2 (en) | Pixel circuit, pixel driving method and display device | |
EP2985679A1 (en) | Touch control display drive circuit and touch control display apparatus | |
US20160266689A1 (en) | Pixel circuit, display panel and display apparatus | |
RU2728492C2 (en) | Actuating device based on electroactive polymer | |
US10367040B2 (en) | Display panel having force sensing function | |
KR20140092574A (en) | Pixel circuit of an organic light emitting display device and organic light emitting display device | |
JP2015195075A5 (en) | ||
JP2007298973A5 (en) | ||
CN110599936B (en) | Display panel, display detection method thereof and display device | |
TW200417970A (en) | Circuit of current driving active matrix organic light emitting diode pixel and driving method thereof | |
US20090109157A1 (en) | Dot-matrix display refresh charging/discharging control method and system | |
JP2015204702A (en) | Actuator device, tactile sense display, and driving method | |
JP2015169815A (en) | Actuator device, tactile display and drive method | |
KR20180130437A (en) | Pressure sensing apparatus | |
CN108431975B (en) | Electroactive polymer-based actuator device | |
JP5034291B2 (en) | Electro-optical device, driving method of electro-optical device, and electronic apparatus | |
JP2015156775A (en) | Actuator device, tactile display and driving method | |
EP3750197B1 (en) | Actuator device using current-addressed electroactive polymer | |
JP6020755B1 (en) | Pressure sensor device, pressure sensor method, and storage medium | |
CN109874308A (en) | Pixel memory circuit and its driving method, array substrate and display device | |
US10711769B2 (en) | Actuator device based on an electroactive polymer | |
CN110663184A (en) | Dual power rail cascode driver | |
JP2019012584A5 (en) | ||
JP2008242388A (en) | Driving method of organic transistor and electrophoresis display device |